JP6099543B2 - 導電性、耐応力緩和性および成形性に優れる銅合金板 - Google Patents
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Description
(1)Ni及びCoのうち一種以上を合計で0.8〜5.0質量%、Siを0.2〜1.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、500MPa以上の0.2%耐力および30%IACS以上の導電率を有し、250℃で30分加熱した際の圧延方向の熱伸縮率が50ppm以下である銅合金板。
(2)I(200)/I0(200)≧1.0である(1)の銅合金板(ただし、I(hkl)およびI0(hkl)はそれぞれ銅合金板表面および銅粉末に対しX線回折で求めた(hkl)面の回折積分強度である)。
(3)Sn、Zn、Mg、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、B及びAgのうち1種以上を総量で3.0質量%以下含有する(1)または(2)の銅合金板。
(4)(1)〜(3)の何れかに記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
(5)(1)〜(3)の何れかに記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
を提供する。
(Ni、Co及びSiの添加量)
大電流を通電する部品又は大熱量を放散する部品の素材として用いる銅合金板には、30%IACS以上の導電率および500MPa以上の0.2%耐力が必要である。
そのために、本発明の銅合金板には、Ni及び/またはCoを添加し、さらにSiを添加する。Ni、Co及びSiは、適当な時効処理を行うことにより、Ni−Si、Co−Si、Ni−Co−Si等の金属間化合物として析出する。この析出物の作用により強度が向上し、析出によりCuマトリックス中に固溶したNi、Co及びSiが減少するため導電率が向上する。
コルソン合金には、強度や耐熱性を改善するために、Sn、Zn、Mg、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、B及びAgのうちの一種以上を含有させることができる。ただし、添加量が多すぎると、導電率が低下して30%IACSを下回ったり、合金の製造性が悪化したりする場合があるので、添加量は総量で3.0質量%以下、より好ましくは2.5質量%以下とする。また、添加による効果を得るためには、添加量を総量で0.001質量%以上にすることが好ましい。
銅合金板に熱を加えると、極微小な寸法変化が生じる。この寸法変化の割合を「熱伸縮率」と称する。本発明者らは、この熱伸縮率を指標とし、コルソン合金板の金属組織を調質することにより、応力緩和率を著しく改善できることを見出した。
本発明では、熱伸縮率として、250℃で30分加熱した時の圧延方向の寸法変化率を用いる。熱伸縮率の絶対値(以下、単に熱伸縮率と記す)を50ppm以下、好ましくは30ppm以下に調整することにより、応力緩和率特性が向上する。熱伸縮率の下限値については、銅合金板の特性の点からは制限されないが、熱伸縮率が1ppm以下になることは少ない。
本発明では、X線回折法により、銅合金板の表面に対しθ/2θ測定を行い、所定方位(hkl)面の回折ピークの積分強度(I(hkl))を測定する。また同時に、ランダム方位試料として銅粉に対しても(hkl)面の回折ピークの積分強度(I0(hkl))を測定する。そして、I(hkl)/I0(hkl)の値を用い、銅合金板の表面における(hkl)面の発達度合いを評価する。
製品の厚みは0.1〜2.0mmであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増加するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適であり、また、わずかな外力で変形するようになるため放熱板等の素材としても不適である。一方で、厚みが厚すぎると、成型加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは0.2〜1.5mmである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、成型加工性を良好なものとすることができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
コルソン合金の一般的な製造プロセスでは、まず溶解炉で電気銅、Ni、Co、Si等の原料を溶解し、所望の組成の溶湯を得る。そして、この溶湯をインゴットに鋳造する。その後、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、時効処理、最終冷間圧延、歪取焼鈍の順で所望の厚みおよび特性に仕上げる。熱処理後には、熱処理時に生成した表面酸化膜を除去するために、表面の酸洗や研磨等を行ってもよい。また、高強度化のために、溶体化処理と時効の間に冷間圧延を行ってもよい。
S=(σ0−σ)/(σ0−σ950)
ここで、σ0は焼鈍前の引張強さであり、σおよびσ950はそれぞれ予備焼鈍後および950℃で焼鈍後の引張強さである。950℃という温度は、本発明に係る合金を950℃で焼鈍すると安定して完全再結晶することから、再結晶後の引張強さを知るための基準温度として採用している。
(1)予備焼鈍前の材料の引張強さ(σ0)を測定する。引張試験は圧延方向と平行に行えばよい(以下同様)。
(2)予備焼鈍前の材料を950℃で焼鈍する。具体的には、熱電対を取り付けた材料を1000℃の管状炉に挿入し、熱電対で測定される試料温度が950℃に到達したときに、試料を炉から取り出して水冷する。
(3)上記950℃焼鈍後の材料の引張強さ(σ950)を求める。
(4)例えば、σ0が800MPa、σ950が300MPaの場合、軟化度0.20及び0.80に相当する引張強さは、それぞれ700MPa及び400MPaである。
(5)焼鈍後の引張強さが400〜700MPaとなるように、予備焼鈍の条件を求める。
(1)インゴットの鋳造(厚み20〜300mm)
(2)熱間圧延(温度800〜1000℃、厚み3〜20mmまで)
(3)冷間圧延
(4)予備焼鈍(軟化度:0.20〜0.80)
(5)軽圧延(加工度:3〜50%)
(6)溶体化処理(700〜950℃で5〜300秒)
(7)冷間圧延(加工度0〜60%)
(8)時効処理(350〜600℃で2〜20時間)
(9)最終冷間圧延(加工度:3〜80%)
(10)歪取り焼鈍(300〜700℃で5秒〜10分、張力:1〜5MPa、0.2%耐力低下量:10〜50MPa)
(1)冷間圧延
(2)予備焼鈍:連続焼鈍炉を用い、加熱温度を30秒とし、炉内温度を500〜750℃の間で調整し、軟化度を種々変化させた。一部の例では予備焼鈍を行わなかった。
(3)軽圧延:加工度を変化させた。
(4)溶体化処理:連続焼鈍炉を用い、炉内温度を800℃とし、溶体化処理後の結晶粒径が5〜20μmになるよう、加熱時間を1秒から10分の間で調整した。
(5)時効処理:バッチ炉を用い、加熱時間を5時間とし、引張強さが最大になるよう、炉内温度を350〜600℃の間で調整した。
(6)最終冷間圧延:加工度を変化させた。
(7)歪取り焼鈍:連続焼鈍炉を用い、炉内温度を500℃とし加熱時間を1秒から15分の間で調整し、歪取焼鈍による0.2%耐力の低下量を種々変化させた。また、炉内において材料に付加する張力を種々変化させた。一部の例では歪取り焼鈍を行わなかった。
合金元素濃度をICP−質量分析法で分析した。
JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、JIS Z2241に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、0.2%耐力を求めた。
試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
材料表面に対し(200)面のX線回折積分強度を測定した。さらに、銅粉末(関東化学株式会社製、銅(粉末),2N5、>99.5%、325mesh)に対し、(200)面のX線回折積分強度を測定した。X線回折装置には(株)リガク製RINT2500を使用し、Cu管球にて、管電圧25kV、管電流20mAで測定を行った。
幅20mm、長さ210mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取し、図2のようにL0(=200mm)の間隔を空け二点の打痕を刻印した。その後、試験片を250℃で30分加熱し、加熱後の打痕間隔(L)を測定した。そして、熱伸縮率(ppm)として、(L−L0)/L0×106の式で算出される値の絶対値を求めた。
幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図3のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、圧延方向の0.2%耐力の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、Eは圧延方向のヤング率であり、tは試料の厚みである。150℃にて3000時間加熱後に除荷し、図4のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
上記応力緩和率が30%以下の場合、応力緩和特性が良好とみなした。
エリクセン社製試験機を用い、ブランク径:φ64mm、ポンチ(パンチ)径:φ33mm、シート圧力:3.0kN、潤滑剤:グリスの条件で、カップを作製した。
◎:耳の高さが0.5mm以下で、肌荒れがないもの
○:耳の高さが0.5mm以下で、わずかに肌荒れが生じたもの
×:耳の高さが0.5mmを超えたもの、または肌荒れが生じたもの
Claims (5)
- Ni及びCoのうち一種以上を合計で0.8〜5.0質量%、Siを0.2〜1.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、500MPa以上の0.2%耐力および30%IACS以上の導電率を有し、250℃で30分加熱した際の圧延方向の熱伸縮率が50ppm以下であることを特徴とする銅合金板。
- I(200)/I0(200)≧1.0であることを特徴とする請求項1の銅合金板。(ただし、I(hkl)およびI0(hkl)はそれぞれ銅合金板表面および銅粉末に対しX線回折で求めた(hkl)面の回折積分強度である)
- Sn、Zn、Mg、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、B及びAgのうち1種以上を総量で3.0質量%以下含有することを特徴とする請求項1または2の銅合金板。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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